오늘은 아이와 함께 집에서 할 수 있는 재미있는 화산 폭발 실험을 소개하려고 합니다. 여러 가지 과학 실험 중에서도 특히 아이들이 열광하는 실험인데요. 아마도 부글부글 끓어오르는 듯한 화합물의 반응이 역동적이고 생동감 있어 더욱 좋아하는 것 같습니다. 이 실험을 통해 아이들은 이산화탄소가 발생하는 화합물의 반응에 대해 경험해 볼 수 있고 화산의 작동 원리를 간접적으로 체험하며 과학적인 지식을 더욱 즐겁게 배울 수 있습니다.
1. 화산 폭발 실험 준비물
- 베이킹 소다
- 구연산
- 물
- 스포이트
- 화산 모형 (볼과 플라스틱 음료수 병으로 대체하여 만들 수 있음)
- 빨간색 색모래 (생략 가능하나 빨간색 색모래가 있다면 분출하는 용암의 색상을 실감 나게 표현할 수 있음)
2. 화산 폭발 실험 과정
- 베이킹 소다와 구연산, 그리고 빨간색 색모래를 지퍼백에 모아 잘 흔들어 섞어줍니다. 섞으면 딸기 우유 색상의 가루가 되는데 화산 속 용암이 땅 속에서 끓어오르는 모습을 보다 실감 나게 표현할 수 있어 아이들이 더 좋아합니다. 이렇게 하면 화산을 타고 흘러내리는 붉은색의 용암이 더 잘 표현될 수 있습니다.
- 만들어진 붉은색의 가루를 화산 모형의 분화구 안으로 넣어줍니다. 만약 분화구가 있는 화산 모형이 없다면 요구르트 병이나 작은 플라스틱 음료수 병을 잘 말려 준비한 후 입구만 보이게끔 주위를 흙이나 클레이 또는 점토로 쌓아 화산처럼 만들어도 좋습니다.
- 이렇게 준비가 되었다면 분화구 안쪽에 스포이드로 물을 톡톡 떨어뜨려줍니다. 차가운 물보다는 따뜻한 물이 가루를 더 빠르게 잘 녹이기 때문에 따뜻한 물을 준비하여 사용하는 것이 더 좋습니다. 또한 물을 한꺼번에 많이 붓는 것보다 한 방울씩 천천히 떨어뜨려주는 것이 좋습니다. 너무 많은 양의 물을 한 번에 부어버리면 화학적 반응이 빠르고 급하게 일어나 끓어 넘치는 모습을 자세히 관찰할 수 없기 때문에 처음엔 물을 붓는 속도를 조절해 주세요. 이렇게 하면 베이킹 소다와 구연산과 색모래를 섞은 가루가 물에 반응하면서 용암처럼 부글부글 끓어오르는 모습을 볼 수 있습니다.
- 이후에는 준비된 재료가 모두 소진될 때까지 아이가 마음껏 실험해 볼 수 있도록 유도해 주세요.
3. 화산 폭발 실험의 과학적 원리
소다와 구연산, 그리고 물이 반응하는 과정은 화합물 반응의 일종입니다. 소다는 화학식으로 NaHCO3입니다. 구연산은 화학식으로 H2CO3입니다. 이 두 가지 화합물에 물(H2O)이 만나면 화학반응이 일어나서 이산화탄소(CO2), 그리고 나트륨이탄소산염(Na2CO3)으로 변합니다. 여기서 가장 주목할 만한 생성물은 이산화탄소입니다. 이산화탄소는 거품과 함께 생성되어 나와 부글부글 끓어오르는 것처럼 보이게 됩니다. 이러한 과정이 화산 폭발을 모방하는 데 사용됩니다. 하지만 이 반응은 실제로 화산이 폭발하는 원인과는 약간 거리가 있습니다. 따라서 아이에게 설명할 때 단순히 '화산 폭발'이라고 설명하는 것은 맞지 않을 수 있습니다. 실제로 화산 폭발은 지하에 저장된 마그마가 지표로 이동하면서 압력이 증가하여 지하 암석이 파열하고 마그마가 지표로 솟아오르는 경우이거나 마그마에 포함된 물, 이산화탄소, 이산화황, 미립자 등의 가스가 포화된 상태로 저장되다가 확산하면서 폭발적인 화산 활동이 발생하는 경우입니다. 따라서 이 실험에서처럼 소다와 구연산, 물이 화학적으로 반응하여 이산화탄소가 발생해 부글부글 끓어 넘치는 것으로 화산 폭발이라 설명하기엔 무리가 있는 것이죠.
4. 아이 눈높이에 맞춘 화산 폭발 실험에 대한 설명 TIP
우리 실생활에서 화합물 반응을 통해 이산화탄소 거품과 가스가 발생하는 경우 몇 가지를 함께 설명해 주면 좋습니다. 첫 번째, 탄산음료에서 기포가 생성되는 현상입니다. 탄산음료에는 이산화탄소가 용해되어 있습니다. 뚜껑을 열면 압력이 줄어들어 이산화탄소가 기포로 방출되어 화산 폭발 실험처럼 부글부글 끓어오르는 모습을 볼 수 있습니다. 두 번째, 식품 발효 과정에서 가스가 생성되는 모습입니다. 식품 발효 과정에서 미생물들이 섭취한 설탕 등의 탄소화합물은 이산화탄소와 다양한 기체를 생성합니다. 김치가 발효되는 모습이나 베이킹 과정에서 빵이 부풀어 오르는 모습이 이에 해당되므로 아이와 함께 화산 폭발 실험과 연계하여 관찰해 보는 것도 좋겠습니다.
이렇게 일상적인 상황에서도 화합물 반응을 통해 이산화탄소나 기타 가스가 발생해 화산 폭발 실험과 유사한 모습을 볼 수 있습니다. 아이와 함께 재미있는 실험을 했다면 단순한 놀이로 끝내는 것이 아니라 그 원리를 이해하고 실생활에 연계하여 과학과 친해질 수 있게 이끌어보세요!
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